Desintegração ultrassónica: molhagem, dissolução, dispersão

Os integradores ultrassónicos são amplamente utilizados para molhar, dispersar ou dissolver partículas e pós em líquidos. Os sonicadores de elevado desempenho criam forças intensas de cisalhamento, que quebram e fragmentam agregados, aglomerados e partículas primárias até dimensões microscópicas ou nanométricas. O processamento uniforme das partículas no campo de cavitação acústica resulta numa distribuição estreita das partículas e numa superfície uniforme das partículas.

Desintegradores ultrassónicos e as suas aplicações

Os desintegradores ultrassónicos produzem forças intensas de cisalhamento, que geram o impacto necessário sobre sólidos como partículas, cristais e fibras para os desintegrar e reduzir a uma dimensão pretendida, por exemplo, micrométrica ou nanométrica. Em comparação com métodos alternativos de desintegração, como misturadores de lâminas de elevado cisalhamento, homogeneizadores de alta pressão, moinhos de esferas, microfluidizadores, etc., os desintegradores ultrassónicos oferecem algumas vantagens importantes.

Vantagens dos desintegradores ultrassónicos

• Cavitação e cisalhamento de elevada intensidade
• Processamento uniforme das partículas
• Elevadas concentrações de sólidos
• Sem bicos / sem entupimentos
• Não é necessário um meio de moagem (ou seja, esferas)
• Escalabilidade linear
• Funcionamento fácil e seguro
• Fácil de limpar
• Eficiência em termos de tempo e energia

 

O princípio de funcionamento dos desintegradores ultrassónicos de sonda baseia-se na geração de cavitação acústica. Através da sonda ultrassónica, são transmitidas ondas ultrassónicas de elevada intensidade para o meio de processamento (ou seja, líquido ou suspensão). As ondas ultrassónicas propagam-se pelo líquido, onde criam ciclos alternados de alta e baixa pressão. Durante os ciclos de baixa pressão, surgem minúsculas bolhas de vácuo, as chamadas bolhas de cavitação. Estas bolhas de cavitação crescem ao longo de vários ciclos de pressão até atingirem uma dimensão em que já não conseguem absorver mais energia. Nesse momento, as bolhas de cavitação implodem violentamente e criam condições localmente extremas, como temperaturas e pressões muito elevadas, diferenças extremas de temperatura e pressão (devido às elevadas taxas de aquecimento / arrefecimento e às flutuações de pressão), microturbulências e correntes de líquido com velocidades de até 180m/s. Estas condições exercem efeitos mecânicos significativos sobre as partículas no meio, uma vez que as correntes de líquido de alta velocidade aceleram as partículas no meio, fazendo-as colidir. Através da colisão entre partículas, a matéria sólida (por exemplo, partículas, fibras, células) sofre erosão, quebra-se e fragmenta-se em pedaços de dimensões micrométricas e nanométricas.
As elevadas turbulências criadas pela sonicação aumentam a transferência de massa entre fases e promovem, assim, a dissolução de pós ou reações químicas heterogéneas. Isto torna os desintegradores ultrassónicos a ferramenta preferida para intensificar processos como a moagem, a dispersão, a emulsificação e a dissolução.

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Aplicações dos desintegradores ultrassónicos

• Moagem e trituração
• Desaglomeração e dispersão
• Emulsificação
• Dissolução de pós
• Melhoria da transferência de massa
• Reações sonoquímicas

Desintegradores ultrassónicos para redução do tamanho das partículas

Os desintegradores ultrassónicos são utilizados para reduzir o tamanho das partículas e para a distribuição das partículas, quer se trate da cominuição efetiva de partículas primárias (designada por moagem), quer da quebra de aglomerados (designada por desaglomeração / dispersão).

Desintegradores ultrassónicos para moagem e trituração

A cavitação gerada por ultrassons cria forças intensas de cisalhamento e, consequentemente, colisões entre partículas. Os sólidos na suspensão atuam como meio de moagem (comparável a esferas ou pérolas num moinho de esferas / pérolas): são acelerados pelas correntes de líquido geradas pela cavitação, que atingem facilmente velocidades de até 180m/s. Quando as partículas colidem umas com as outras a uma velocidade tão elevada, quebram-se e fragmentam-se em fragmentos de dimensões micrométricas e nanométricas. Os desintegradores ultrassónicos conseguem até quebrar partículas primárias. Os reatores ultrassónicos com célula de fluxo asseguram o tratamento uniforme de todas as partículas, de modo que a moagem ultrassónica resulta numa distribuição estreita do tamanho das partículas.
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Desintegradores ultrassónicos para desaglomeração e dispersão

Os parâmetros do processo ultrassónico podem ser controlados com grande precisão, de modo que os desintegradores ultrassónicos conseguem moer partículas primárias quando são aplicadas amplitudes elevadas e pressão elevada. Por outro lado, os sistemas de desintegração ultrassónica também podem funcionar com amplitudes mais baixas e condições mais suaves, de modo que a estrutura e a superfície das partículas permanecem intactas, mas os aglomerados são desfeitos e as partículas individuais são distribuídas uniformemente na suspensão.
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Dispersão ultrassónica de sílica pirogénica: o homogeneizador ultrassónico Hielscher UP400S dispersa o pó de sílica em nanopartículas individuais de forma rápida e eficiente.

Desintegradores ultrassónicos para emulsificação

Quando dois líquidos imiscíveis (por exemplo, água e óleo) são submetidos a sonicação, a cavitação ultrassónica fragmenta as gotículas – produzindo gotículas muito pequenas das duas fases imiscíveis, que são depois misturadas. Como os desintegradores ultrassónicos produzem facilmente gotículas de dimensões nanométricas, as emulsões ultrassónicas estabilizadas apresentam estabilidade a longo prazo e um aspeto límpido e transparente.
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Desintegradores ultrassónicos para dissolução

Os desintegradores ultrassónicos são utilizados para dissolver pó e comprimidos através de um procedimento rápido, fácil e seguro. A cavitação gerada por ultrassons provoca a erosão da superfície dos sólidos e transporta os fragmentos resultantes para o líquido, produzindo assim uma solução homogénea.
Na indústria farmacêutica, a dissolução de comprimidos é uma tarefa diária, por exemplo, para fins analíticos. Quando os comprimidos são expostos a um meio aquoso, o comprimido dissolve-se lentamente, num processo muito demorado. Mesmo com a utilização de um agitador comum ou de um agitador de lâminas, a dissolução completa dos comprimidos continua a ser demorada. A cavitação ultrassónica e as suas forças de cisalhamento extraordinariamente intensas desprendem as partículas do comprimido e transportam-nas para o diluente, mantendo assim continuamente em curso a transferência de massa entre a superfície do comprimido e o diluente fresco e não saturado. Isto torna a dissolução ultrassónica um processo extremamente rápido e eficiente, que ajuda a acelerar a dissolução de fármacos.
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A dissolução é uma das muitas aplicações dos ultrassons de potência. O vídeo demonstra a rápida dissolução de gomas em forma de bebés em água com o Hielscher UP200St.

Como funciona um desintegrador mecânico?

Os desintegradores ultrassónicos de laboratório utilizam o mesmo princípio mecânico que os desintegradores industriais. Os sistemas de mistura com desintegradores desintegram aglomerados e agregados, solubilizam matéria sólida ou dispersam partículas sólidas em misturas líquidas. A desintegração ultrassónica incorpora uma sonda ultrassónica de elevada intensidade num tanque de processamento por lotes ou num reator com célula de fluxo em linha. A sonda (sonotrodo) do desintegrador ultrassónico vibra no líquido a uma frequência muito elevada e cria cavitação ultrassónica intensa no líquido. Cada colapso de uma bolha de cavitação gera forças poderosas de cisalhamento, que quebram aglomerados, agregados e até partículas primárias. Além disso, a cavitação ultrassónica produz escoamento cavitacional de alta velocidade, até 1000km/h. Os jatos de líquido gerados pela cavitação atingem os aglomerados de partículas, rompem as paredes celulares, melhoram a transferência de matéria dentro da suspensão e dispersam os sólidos por todo o volume de líquido. No campo de cavitação ultrassónica, as pressões alternam rápida e repetidamente entre o vácuo e até 1000bar. Um misturador rotativo com 4 lâminas de mistura teria de funcionar a umas impressionantes 300 000 RPM para atingir a mesma frequência de ciclos alternados de pressão. Os misturadores rotativos convencionais e os misturadores rotor-estator não criam uma quantidade significativa de cavitação devido à sua limitação de velocidade.

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Desintegradores ultrassónicos de laboratório

Os dispositivos ultrassónicos de sonda são uma ferramenta muito útil em qualquer laboratório. Uma sonda ultrassónica (também conhecida como sonotrodo) é uma haste de titânio de geometria simples e fácil de limpar, que acopla vibrações ultrassónicas a um líquido. A Hielscher fabrica sondas ultrassónicas e pontas numa ampla gama de tamanhos. Para a desintegração mais comum de sólidos no laboratório, são muito úteis as sondas ultrassónicas com diâmetros de ponta de 3, 7, 14 ou 22mm. Estão disponíveis outros tamanhos de sondas e sondas ultrassónicas de dimensões personalizadas. Os dispositivos ultrassónicos típicos para desintegração em laboratório têm potências ultrassónicas de 100 a 400 watts.

Desintegradores ultrassónicos industriais

Os desintegradores industriais Hielscher são processadores ultrassónicos de alta potência concebidos para a desintegração contínua, em condições de trabalho intensivo, de grandes fluxos de suspensão. Estes sistemas industriais conseguem processar facilmente elevadas concentrações de sólidos. As sondas ultrassónicas industriais estão equipadas com uma flange que pode ser montada em tanques de aço, reatores de vidro ou recipientes de plástico, em qualquer orientação. A pressurização do recipiente de sonicação ou da célula de fluxo intensifica a cavitação acústica e, consequentemente, o processo de sonicação. Os equipamentos típicos de desintegração ultrassónica industrial têm potências ultrassónicas de 1000 a 16 000 watts por sonotrodo.

Indústrias em que a desintegração ultrassónica é amplamente utilizada:

• Dispersão, dissolução e mistura de formulações sólido/líquido
• Ciência dos materiais
• Preparação de amostras antes da análise
• Aplicações de nanopartículas
• Funcionalização de partículas
• Reações de transferência de fase
• Cristalização / Precipitação
• Processamento de alimentos
• Indústria do papel
• Digestão de biomassa

Como comprar o desintegrador ultrassónico adequado?

A Hielscher Ultrasonics é um fabricante com muitos anos de experiência em desintegradores ultrassónicos de elevado desempenho, utilizados para dispersar e quebrar partículas ou para dissolver pós em líquidos. Como líder de mercado, a Hielscher concebe, fabrica e distribui desintegradores e homogeneizadores ultrassónicos, desde a escala laboratorial e de bancada até à escala totalmente industrial.

Ajudamo-lo a responder às seguintes perguntas para encontrar o desintegrador ultrassónico mais adequado à sua aplicação e às suas necessidades:

• Qual é a aplicação pretendida?
• Qual é o volume típico que tem de ser processado?
• Quais são os fatores críticos do processo?
• Quais são os padrões de qualidade que têm de ser alcançados?

A nossa equipa, com formação sólida e experiência, ajudá-lo-á com quaisquer questões e com a conceção do seu processo. A Hielscher Ultrasonics oferece consultoria aprofundada sobre processos ultrassónicos para ajudar os nossos clientes a encontrar o dispositivo ultrassónico ideal. Mas o serviço da Hielscher não termina aqui: damos formação aos clientes nas suas instalações ou no nosso laboratório de processos ultrassónicos e centro técnico, para os apoiar durante o desenvolvimento, a otimização e o aumento de escala do processo.
Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics produzem facilmente amplitudes muito elevadas, necessárias para quebrar partículas duras e aglomerados ou para processar suspensões com uma elevada concentração de sólidos. Os desintegradores industriais Hielscher podem funcionar com amplitudes de até 200µm, continuamente, em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. Outros acessórios, como amplificadores de amplitude, células de fluxo, reatores de sonicação e sistemas completos de recirculação, estão prontamente disponíveis e permitem configurar o seu sistema ultrassónico de acordo com os requisitos do seu processo.

Desintegradores ultrassónicos e dissolutores sofisticados

A Hielscher Ultrasonics concentra-se em desintegradores de elevado desempenho com a máxima facilidade de utilização e avanços técnicos de última geração. Isto significa que os padrões dos desintegradores de laboratório Hielscher se aproximam cada vez mais da inteligência das máquinas industriais. O utilizador pode controlar os sonicadores digitais da Hielscher através de controlo remoto por navegador. O software de registo automático de dados grava todos os parâmetros ultrassónicos importantes, como potência líquida, potência total, amplitude, temperatura, pressão, hora e data, num ficheiro CSV num cartão SD integrado. Além disso, o desintegrador ultrassónico pode ser programado para desligar automaticamente após um período de tempo determinado ou uma entrada de energia específica, ou para executar modos de sonicação pulsada. Os sensores de temperatura e pressão conectáveis permitem acompanhar cuidadosamente as condições da amostra. Uma vez que o controlo da temperatura de materiais sensíveis ao calor é um fator crucial para a qualidade dos resultados do processo, a Hielscher oferece várias soluções para manter a temperatura do processo no intervalo de temperatura pretendido.
As funções sofisticadas dos sonicadores Hielscher asseguram o máximo controlo do processo, resultados de sonicação fiáveis e reprodutíveis, facilidade de utilização e conforto de trabalho.
Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics conseguem produzir amplitudes muito elevadas. É possível manter facilmente amplitudes de até 200µm, continuamente, em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. A capacidade de operar com amplitudes tão elevadas permite aos nossos clientes moer eficazmente partículas primárias até dimensões nanométricas. A robustez dos equipamentos ultrassónicos da Hielscher permite a operação 24/7 em condições de trabalho intensivo e em ambientes exigentes.
Leia mais sobre a dissolução ultrassónica e os dissolutores!

Qualidade – Fabricado na Alemanha

Como empresa de propriedade e gestão familiar, a Hielscher orgulha-se da elevada qualidade dos seus processadores ultrassónicos. Todos os sonicadores são concebidos, fabricados e testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez dos equipamentos ultrassónicos da Hielscher permite a operação 24/7 em condições de trabalho intensivo e em ambientes exigentes.

Pode comprar desintegradores ultrassónicos Hielscher nos mais diversos tamanhos, e a gama de preços oferece um sonicador acessível que se adequa ao seu orçamento. Desde a desintegração de partículas em pequenos frascos de laboratório até à desintegração de suspensões em fluxo contínuo na produção industrial, a Hielscher Ultrasonics tem um desintegrador adequado para si! Contacte-nos – teremos todo o gosto em recomendar-lhe o sonicador mais adequado!
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: